Термомеханические свойства полимеров

Под термомеханическими свойствами полимеров понимают обычно характеристику их механического поведения в различных термических условиях. Измеряя деформацию при последовательно изменяющихся температурах, можно построить термомеханическую кривую полимера.

Для аморфных линейных полимеров высокой молекулярной массы термомеханическая кривая имеет три участка(рис.3), соответствующие трем физическим состояниям. Действующая нагрузка должна быть заданной и малой по величине, чтобы механические воздействия на полимер не приводили к изменению его структуры.

Каждому из релаксационных состояний полимера соответствует определенный преимущественный тип деформаций.

Первый участок соответствует стеклообразному состоянию, для которого характерны малые деформации, и полимер ведет себя как обычное твердое тело с высоким модулем упругости Е =(20 - 50)10⁸ Па.

Второй участок соответствует высокоэластическому состоянию с большими обратимыми деформациями, которые превосходят упругую составляющую в тысячу раз, и характеризуется модулем высокоэластичности (Е_вэл = 10⁵ - 10⁶ Па

Третий участок соответствует вязкотекучему состоянию, для которого характерна пластическая деформация (течение), связанная с взаимным перемещением макромолекул под действием приложенного усилия. В общем случае деформация реального полимера должна рассматриваться как сумма трех типов деформаций:

e = e_упр + e_вэл + e_пласт

 

Рис.3 Термомеханическая кривая аморфных соединений

Для структурирующих полимеров характер термомеханической кривой зависит от того, в какой области температур реакции сшивания протекают с заметными скоростями Т_О1 выше Т_т, то полимер переходит в вязкотекучее состояние, но по мере образования поперечных химических связей

Рис.4 Термомеханическая кривая сетчатых полимеров

деформация течения уменьшается (рис.4, кривая 1). При достаточном числе этих связей течение становится невозможным и полимер из вязкотекучего состояния переходит в высокоэластическое и, наконец, в стеклообразное. Если в полимере поперечные связи образуются при температуре Т_О2 ниже Т_т, то перейти в вязкотекучее состояние он не может и увеличение температуры приводит к уменьшению высокоэластической деформации, и полимер переходит в стеклообразное состояние (рис.4, кривая 2). Таким образом, сшитый полимер может находиться только в двух физических состояниях - высокоэластическом и стеклообразном.

Рассмотренные температурные переходы Т_с и Т_п из одного физического состояния в другое являются основными характеристиками свойств полимеров и имеют большое значение.

Например, при использовании пластических масс, волокон, пленок в промышленности, где необходима высокая прочность, лежащие в их основе полимеры должны находиться в стеклообразном или кристаллическом физических состояниях. Резиновой промышленности необходимы полимеры, находящиеся в высокоэластическом состоянии (эластомеры), сохраняющие свои специфические свойства в широком диапазоне температур. Процессы переработки полимеров происходят главным образом в области вязкотекучего состояния.

Таким образом, данные термомеханического анализа могут быть использованы для оценки технологических и эксплуатационных характеристик полимерных материалов.

Контрольные вопросы:

1.Преимущества полимерных материалов (ПМ) по сравнению с другими материалами.

2.Какие соединения называются полимерами?

3.Какие соединения называются мономерами?

4.Что такое олигомеры?

5.На какие виды делятся полимеры по форме макромолекул?

6.Как классифицируются полимеры и по отношению к температуре?

7.По каким реакциям получают синтетические полимеры из низкомолекулярных веществ (мономеров)?

8.Фазовые состояния полимеров.

9.Что понимают под термомеханическими свойствами полимеров?

10.Какой вид имеет термомеханическая кривая для аморфных линейных полимеров.

11. Термомеханическая кривая для структурирующихполимеров.

12Практическое применение термомеханического анализа полимерных материалов.

 

Лекция 3

ПЛАСТИЧЕСКИЕ МАССЫ

Пластмассы - искусственные материалы на основе полимеров и олигомеров, с различными добавками, находящиеся в период формования изделий в вязко-текучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации - в стеклообразном или кристаллическом.

Многие пластмассы имеют высокую механическую прочность, хорошие электроизоляционные свойства, небольшую плотность, высокую химическую стойкость, технологичность и другие ценные свойства и поэтому применяются в качестве электроизоляционных, конструкционных и специальных материалов.

Электроизоляционные, обычно в сочетании с конструкционным назначением применяются для изготовления различных панелей, траверс, разъемов, каркасов катушек, корпусов коллекторов электрических машин, для изоляции кабелей и проводов и т.п.

Конструкционные применяют для изготовления корпусов приборов, кожухов электрических машин и т.п.

Специальные- пластмассы, обладающие антифрикционными, проводящими, магнитодиэлектрическими, коррозионностойкими, дугостойкими, оптическими и другими свойствами.

В большинстве случаев пластмассы представляют многокомпонентные системы и содержат кроме полимерных и другие компоненты (стаби­ли­заторы, наполнители, пластификаторы, отвердители, красители,, смазывающие вещества др.), т.к. полимеры в чистом виде практически не применяются в следствие высокой вязкости, невысокой термостабильности при энергетических и механических воздействиях в процессе получения изделий и их эксплуатации.

Различные ингредиенты, входящие в состав полимерной композиции, обеспечивают создание определенных свойств.